给水管网中污染物在管垢上的累积和释放

给水管网中,管垢是各种污染物的源和汇,但目前污染物在管垢中的累积释放特征尚缺乏系统研究.本文以实际的城市供水管网的球墨铸铁管和灰口铸铁管为对象,一方面采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其管垢进行表征,另一方面运用管段滞流反应器研究了三氯甲烷、铅、锰和锌等污染物滞流状态下在管垢上累积和释放特征.结果表明:同为铸铁管,使用一定年限后,管垢成分有所差异,灰口管管垢量较大,具有明显的锈蚀和管瘤出现,成分以二氧化硅、金属复合氧化物为主,而球墨管管垢量较小,以二氧化硅为主;随着初始浓度的提高,管垢对污染物的累积量逐步提高,对于三氯甲烷,其吸附量和释放量都非常低,而对于Pb、Mn和Zn 3种金属,管垢的吸附量远大于释放量,说明在实验条件下它们易累积不易释放,但水质条件的改变有可能引起大规模释放.研究结果对饮用水管网生物化学安全提出了更高的要求,为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

pH值、硫酸根和温度对钢管管垢中铬释放的影响

以市政供水管网钢管管垢为研究对象,将垢层由外向内分为表层、硬壳层和疏松多孔层.利用SEM、BET、XRD、XPS和分形态提取等技术对预吸附Cr （Ⅵ）前后的各层管垢进行表征和分析,并探究了pH值、SO₄^2-浓度和温度对各层管垢中Cr释放的影响.结果显示,钢管各层管垢的主要成分均为α-FeOOH,吸附性能排序为表层>疏松多孔层>硬壳层,管垢中铁元素大多以三价和二价形式存在,具有一定还原性.Cr （Ⅵ）通过物理和化学吸附富集于管垢,主要以铁锰氧化物结合态存在,表层管垢富集量最大.酸性环境、SO₄^2-浓度和温度的升高均会促进Cr的释放.强酸性条件下表层Cr释放浓度为中性条件下的2.76倍;SO₄^2-浓度增加使各层管垢的Cr释放量增加0.1~0.4倍;温度升高20℃,表层管垢的Cr释放量增加26.74%.     

海水淡化水在既有管网输配的铁释放控制研究

由于具有强腐蚀性,海水淡化水在既有市政管网输配过程中往往会产生严重的"红水"现象,主要是由于管网中铁的释放.为了研究控制既有管网中铁释放的有效措施,对管龄为30～40 a的钢管和灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe3O4和FeOOH;选择腐蚀较严重的钢管进行静态浸泡试验,重点分析了自来水和淡化水的掺混比、pH值、碱度、氯离子和硫酸根离子对铁释放的影响,并以铁浓度为控制量,初步给出了海水淡化水在既有管网中安全输配所需满足的水质条件:自来水和淡化水的掺混比≥2∶1,pH值在7.6以上,碱度>200 mg.L-1.     

水源切换引起给水管网黄水问题原因分析

针对水源切换造成黄水问题的原因开展试验研究.对水源切换前后原水水质进行分析,连续3个月跟踪监测出现黄水问题用户出水水质变化,利用XRD、SEM和EDS对出现黄水问题管段的管垢进行分析.利用试验室模拟反应器,比较不同水质下管材腐蚀速率及管垢铁释放速率.结果表明,水源切换后新水源水化学组分的较大变化,特别是硫酸盐浓度的大幅度增加是引发黄水问题的主要原因.拉森指数从原来的0.4左右增加到1.7～1.9,水源切换后数天内部分管网用户出水出现黄水问题.发生黄水问题地区的管垢致密壳层较为脆弱,在高浓度硫酸盐水质条件下,容易发生溶解破坏.通过反应器模拟试验,对于旧铸铁管,高浓度硫酸盐对管垢铁释放的影响要大于对管材基质腐蚀的影响.拉森指数与铁释放速率具有相关关系,随着拉森指数的增加,铁释放速率升高;对于旧铸铁管,其相关关系为非线性.由于出现黄水问题的管段管垢稳定保护层被破坏,即使随后管网水拉森指数降低到0.6左右,黄水问题仍持续较长时间.     

水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响

针对出厂水水质化学组分变化可能引起管垢成分释放进而导致管网"黄水"的问题,利用管段反应器,研究了硫酸根(SO24-)质量浓度变化对长期通地下水的铸铁管段总铁释放的影响,同时分析了硫酸根质量浓度变化可能造成的金属元素锰(Mn)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的释放行为.研究表明,实验管段进水中SO24-质量浓度的升高能导致管垢总铁、Mn释放量显著增加,且当SO24->400 mg.L-1时,出水呈现明显的"黄水"现象.对实验管段进出水中微量金属元素的检测发现,尽管随着进水SO24-质量浓度的升高,出水中As、Cr、Cu、Zn和Ni质量浓度也随之增加,但其多数情况下低于进水质量浓度,说明管垢对这些微量元素具有吸附作用.增加水中溶解氧(DO)质量浓度对铁的释放具有明显控制作用,但当超过一定值时,其抑制作用反而降低.     

南方某城市供水管网红水原因调查与研究

针对南方某城市供水管网经常出现红水现象,对实际供水管网进行了调查.从某城市供水管网中连续取样检测溶解氧、余氯、铁浓度、锰浓度、铁细菌和亚硝酸菌等重要水质指标,目的是探讨管网出现红水的原因.结果表明,管网出现红水地区的沉淀物主要成分为铁、锰,出厂水存在锰超标现象（Mn最大值达到0.33 mg.L-1）,4个水厂出厂水拉森指数均〉1,4个水厂供水量及硫酸盐、电导率等供水水质指标存在较大的差别,管网中铁细菌及亚硝酸菌（100～103MPN.mL-1）存在水平较高.因此,出厂水本身腐蚀性是导致管网出现红水的潜在原因;其次,各水厂供水量和水质差异导致管网水在低溶解氧及低余氯条件下易发生红水现象;再者,管网中硝化作用严重,诱发微生物腐蚀供水管道.为此,针对上述原因提出控制管网红水现象的主要措施.     

塑料管材输配水过程中有机物释放规律研究

研究了目前给水管网中常用的3种塑料管材,未增塑聚氯乙烯(uPVC),聚乙烯(PE)和无规共聚聚丙烯(PPR)管在输配水过程中有机物的释放规律.通过静态管段实验模拟给水管网中不同输配水状态,选取总有机碳(TOC)为综合评价指标,考察了不同塑料管材中有机物随时间的迁移释放特性,并分析了管材有机物释放对管网水中余氯消耗的影响.随着管材输配水次数的增加,uPVC管释放至水中的TOC浓度和TOC释放速率分别在0.03mg/L和0.04μg/(d?cm2)以下,而PE管和PPR管在输配水过程中TOC的释放浓度和释放速率在初期最大[PE: 0.19mg/L,0.25μg/(d?cm2);PPR:0.07mg/L,0.09μg/(d?cm2)],且后期递减并趋于平稳[PE:0.03~0.08mg/L,0.05~0.10μg/(d?cm2);PPR:0.01~0.03mg/L, 0.01~0.04μg/(d?cm2)].随着水力停留时间的增加,不同管材释放的有机物浓度持续升高.不同管材有机物的释放能力排序为:PE>PPR>uPVC.各管材的有机物释放特性直接影响管网水的余氯消耗特性,且管材的有机物释放量越多,管网水的余氯消耗越快.PE管的使用易引起水体有机污染问题.本研究明确了3种常用塑料管材的有机物释放规律,将进一步为与塑料管材安全性能评价相关的国家标准的修订提供理论依据.     

给水管网中铁释放现象的影响因素研究

在实验室静态试验下,定量分析了给水管网中无机化学水质参数对铁释放现象的影响,包括酸碱条件、氧化还原条件和无机离子等不同类别的水质参数.研究发现,铁释放速率都随着pH值、碱度和氧化剂浓度的升高而降低,随着氯离子浓度的升高而升高.根据管网的一般条件,提出了控制铁释放现象的理论临界释放速率计算公式.根据理论临界铁释放速率,达到控制管网铁释放现象的必要条件时,管网水质条件满足的要求为pH大于7.6,碱度大于150 mg/L,溶解氧浓度大于2 mg/L,氯离子浓度小于150 mg/L.     

城市供水管网中的管垢及防治措施

本文主要阐述了管网中管垢的形成原因及影响。确定了管垢是影响管网水质和输水能力的重要因素。针对控制管垢的形成采取相应的防治措施。     

城市供水管网中的管垢及防治措施

本文主要阐述了管网中管垢的形成原因及影响。确定了管垢是影响管网水质和输水能力的重要因素。针对控制管垢的形成采取相应的防治措施。     

给水管网中管内壁腐蚀管垢特征分析

使用扫描电镜(SEM)、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)以及X光电子能谱(XPS)对给水管网中铸铁管和镀锌钢管上的管内壁腐蚀管垢进行微观形态、化学组成、晶体结构和化合物构成等物理化学特征分析.发现管垢外部平滑而致密,内部为多孔结构.铁是管垢最重要的化学组成,管垢基本上是含铁的化合物.外层管垢可能的化学组成是α-FeOOH、γ-FeOOH、α-Fe₂O₃、γFe₂O₃、FeCl₃等三价铁化合物,而内层管垢则为Fe₃O₄、FeCl₂、FeCO₃等二价铁及二价铁与三价铁共同存在的化合物.管垢的特征取决于管网水力条件、水质条件和管材本身特性.     

供水管壁的磷释放对管网水质生物稳定性的影响

为了研究供水系统金属管壁磷释放及其对管网水质生物稳定性的影响,采用新旧有水泥涂衬球墨铸铁管,考察了管壁和水泥涂衬中磷的含量,管网水中可同化有机碳(AOC)、异养菌平板计数(HPC)及生物可利用磷(MAP)的变化规律.结果表明,在铸铁管金属管壁和水泥涂衬中均有磷元素及其他微生物生长所需微量元素存在.旧管和新管均可向悬浮水中释放磷元素并可被微生物吸收利用,旧管释放水平高于新管;同时旧管释放产生的AOC和旧管水中的HPC也明显高于新管;新管对水中pH值有明显影响,但随时间推移逐渐减弱.     

给水管网管壁铁细菌生长特性模拟及控制对策研究

利用AR反应器对管壁铁细菌的生长特性、影响因素以及悬浮铁细菌与管壁铁细菌的相关关系进行了研究.管壁铁细菌在反应器运行12 d后达到稳定生长,出水中铁细菌数量比进水增加1 lg,剪切力对于铁细菌达到稳定生长的时间有影响,但对稳定生长后挂片上的铁细菌数量没有明显的影响.稳定余氯0.3 mg/L可以有效控制悬浮和管壁铁细菌的生长,数量降低1 lg;对于管垢内的铁细菌即使余氯增加到1.0 mg/L仍无法杀灭;余氯浓度0.05 mg/L无法有效控制悬浮和管壁附着铁细菌的生长.对于稳定生长下的管壁铁细菌,增加余氯浓度至1.25 mg/L,可使管壁铁细菌数量降低2 lg~3 lg.稳定生长状态下,悬浮铁细菌与管壁铁细菌数量具有线性关系.并在试验基础上提出给水管网铁细菌生长控制对策:维持管网余氯0.3 mg/L;定期采用较高浓度消毒剂冲洗管道;采用新型防腐管材或加快旧管网改造,提高管网抗腐蚀性能等.     

供水管网大口径管道管垢中污染物分布的径向差异

以管龄为11年的城市主供水管道上的DN300球墨铸铁管为研究对象,采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其径向不同位置的管垢进行了表征,并分析了其各类金属与有机污染物的分布差异.结果表明:管道下部的管垢总量高,平均粒径大.重金属在空间上的分布明显不同,铁、锰、锌、铅、铜和铬在上部的管垢中含量最高,而下部管垢中,铝的含量最高,该分布与管垢中其来源密切相关.管垢中累积了多种的有机污染物,除了微生物代谢形成的烃类物质之外,还累积了藻类的代谢产物及外源有机污染物,不同位置上出现的有机污染物类型也有所差异.该研究结果对将来饮用水管网生物化学安全的研究方法提出了更高的要求,并为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

Review on corrosion and corrosion scale formation upon unlined cast iron pipes in drinking water distribution systems

The qualified finished water from water treatment plants (WTPs) may become discolored and deteriorated during transportation in drinking water distribution systems (DWDSs), which affected tap water quality seriously. This water stability problem often occurs due to pipe corrosion and the destabilization of corrosion scales. This paper provides a comprehensive review of pipe corrosion in DWDSs, including corrosion process, corrosion scale formation, influencing factors and monitoring technologies utilized in DWDSs. In terms of corrosion process, corrosion occurrence, development mechanisms, currently applied assays, and indices used to determine the corrosion possibility are summarized, as well as the chemical and bacterial influences. In terms of scale formation, explanations for the nature of corrosion and scale formation mechanisms are discussed and its typical multilayered structure is illustrated. Furthermore, the influences of water quality and microbial activity on scale transformation are comprehensively discussed. Corrosion-related bacteria at the genus level and their associated corrosion mechanism are also summarized. This review helps deepen the current understanding of pipe corrosion and scale formation in DWDSs, providing guidance for water supply utilities to ensure effective measures to maintain water quality stability and guarantee drinking water safety.